УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОНТАЖА ЭЛЕКТРОННЫХ КОМПОНЕНТОВ НА ПЛАТУ Российский патент 1997 года по МПК H05K13/04 

Изобретение относится к технологии радиоэлектронной аппаратуры, в частности, к сборке печатных плат, и может быть использовано в приборостроении, производстве вычислительной техники и т.д.

Известна установка для монтажа радиоэлементов ЭК на поверхность печатной платы, содержащая платодержатель, неподвижный во время сборки ЭК, и установочную головку, имеющую 3 степени свободы в плоскости стола, обеспечиваемые тремя самостоятельными двигателями, и снабженную вакуумным механизмом захвата Э.К. каждый из которых центрируется сменным кулачковым устройством и дополнительно электронным корректором с выводом положения Э.К. на экран. Установка снабжена также механизмами подачи Э.К. на рабочую позицию [1]
Недостатком данной установки является сложность и точность изготовления прецизионных узлов головки, ее значительная масса и нерациональная работа устройства в целом, а именно: головка движется в нужной позиции, берет вакуумным захватом Э.К. центрирует его кулачками или специальным корректором и только затем устанавливает на плату. Необходимость в вакуумном захвате также усложняет конструкцию.

Известен также модуль для монтажа электронных компонентов (Э.К.) на плату, содержащий корпус, установленные подвижно на корпусе согласно технологическому процессу устройство подачи компонентов (К) устройство установки компонентов (К) с приводом, центрирующее устройство, платодержатель, размещенный на механизме его перемещения под центрирующим устройством и систему управления.

Недостатком данной конструкции является значительная сложность устройства установки Э.К. что объясняется наличием вакуумной системы и механизма поворота толкателя с соответствующими устройствами, обеспечивающими их функционирование. Учитывая большое количество устанавливаемых компонентов, появляется необходимость изготовления такого же количества сложных прецизионных узлов. Большое количество подвижных утяжеленных узлов требует большей мощности и более сложной системы управления с увеличенной памятью, что усложняет и делает менее надежной систему в целом.

Целью изобретения является упрощение конструкции.

При создании данного устройства ставилась задача создания простой в эксплуатации, легко переналаживаемой и дешевой в изготовлении конструкции, которая пригодна для поверхностного монтажа Э.К. сборки различных узлов приборов, при использовании дозаторов нанесение клеев и паст, а также возможности монтажа выводных РЭ. Разработанное устройство при оснащении его измерительной головкой может использоваться для контроля изделий машиностроения.

Для достижения поставленной цели в устройстве для монтажа электронных компонентов (Э. К.) на плату, содержащую корпус, установлены на корпус согласно технологическому процессу механизм подачи К, механизм установки К с приводом и центрирующее средство, платодержатель, размещенный на механизме его перемещения под центрирующим средством и блок управления, механизм установки К и центрирующее средство закреплены на корпусе, привод механизма установки выполнен с возможностью перемещения в плоскости, параллельной плоскости стола, при этом механизм перемещения платодержателя выполнен в виде плоского шагового двухкоординатного двигателя, по крайней мере, с двумя индукторами, а платодержатель установлен на индукторах шарнирно.

Кроме того, шарниры выполнены сферическими, а платодержатель снабжен, по крайней мере, одной пневмоопорой.

С целью обеспечения надежности, платодержатель выполнен из материала, температурный коэффициент линейного расширения которого соответствует температурному коэффициенту линейного расширения материала стола шагового двигателя.

Центрирующее средство содержит размещенный в корпусе с возможностью возвратно-поступательного перемещения толкатель, кулачки, установленные на корпусе с возможностью поворота относительно своей оси, одна из поверхностей которых размещена с возможностью образования гнезда для радиоэлемента, силовой элемент установлен с возможностью осевого перемещения и выполнен в виде равноплечих подпружиненных рычагов, установленных с возможностью ограниченного поворота относительно оси, снабжен Г-образными губками, установленными между равноплечими рычагами посредством шаровых опор зеркально одна относительно другой с образованием канала для прохода толкателя, корпус выполнен с шариковыми направляющими для размещения центральной части каждого равноплечего рычага силового элемента и каждого из его концов, а плоскости размещения центров шариков направляющих равноплечих рычагов параллельны одна другой, толкатель выполнен подпружиненным, направляющие центральной части равноплечих рычагов выполнены цилиндрическими, кулачки установлены с возможностью перемещения в плоскости, перпендикулярной оси толкателя. Толкатель снабжен жестко закрепленным на нем механизмом перемещения губок со средством опережения их возврата относительно толкателя, механизм перемещения губок со средством опережения их возврата выполнен в виде стержня с канавкой, установленного с возможностью возвратно-поступательного перемещения, и подпружиненного фиксатора, установленного с возможностью размещения в канавке стержня.

Сравнение заявленных технических решений с прототипом позволило установить соответствие их критерию "новизна".

На фиг. 1 показана принципиальная схема устройства; на фиг.2 схема размещения платодержателя на двух индукторах и двух опорах; на фиг.3 (а,б,в,г) показаны возможные положения платодержателя на плоскости стола; на фиг.4,5,6 в трех проекциях показана конструкция устройства; на фиг.7 показан момент установки Р.Э. на плату с использованием неперемещаемого вдоль блока губок; на фиг. 8 показано действие механизма передвижения и его возврата блока губок, видно, что губки касаются плоскости платы раньше, чем деталь будет установлена или губки приближаются к плате на заданное расстояние, которое на рис. 9 меньше толщины Р.Э. при этом Р.Э. все время фиксирован с боков губками; на фиг.9 губки приближены к плате и Р.Э. уже опустился на плату, при этом он надежно фиксирован губками; на фиг.10 сработал механизм опережающего возврата губок, губки пошли вверх, а толкатель придерживает деталь у поверхности; на фиг.11 толкатель оставил Р.Э. и возвращается в начальное положение; на фиг.12 губки доходят до платы на заданное расстояние несколько меньшее толщины детали.

Устройство для монтажа электронных компонентов (Э.К.) на плату (фиг.1) содержит корпус 1, размещенный на нем стол 2 с индукторами 3 плоского шагового двухкоординатного двигателя, а также установленные неподвижно согласно технологическому процессу механизм 4 подачи компонентов 5, механизм 6 установки К, центрирующего средства 7 и установленный под центрирующим средством шарнирно на индукторах 3 платодержатель 8. Привод 9 механизма 6 установки К имеет возможность перемещения по направляющей 10 параллельно плоскости стола 2. Все механизмы устройства связаны блоком управления от ЭВМ. Каждый механизм установки К, включающий толкатель, расположен соосно позиции 11 загрузки К и закрепленному под ней центрирующему средству 7.

Количество механизмов 4,6,7 больше или равно числу типов устанавливаемых К.

Шарнирная связь индуктора 3 обеспечивает перемещение и поворот платодержателя 8 в плоскости стола 2 за счет программируемого движения индукторов (фиг. 3 а,б,в,г). При этом каждый из индукторов движется в двух координатах со скоростью V_u, тогда как платодержатель может перемещаться со скоростью V_n и поворачиваться на угол α, вследствии сложения скоростей индукторов.

Платодержатель 8 установлен шарнирно на два индуктора 3 и две пневмоопоры 12 (фиг.2), что повышает устойчивость платы.

С целью компенсации допустимой неплоскостности, получаемой при изготовлении стола шагового двигателя и устойчивого движения платодержателя 8, шарниры выполнены сферическими.

На фиг.1 показаны два исполнения сферических шарниров, на шариковой опоре 13 и пневмоопоре 14.

Для исключения влияния температурного расширения на надежность работы платодержатель 8 выполнен из того же материала, что и стол 2 плоского шагового двигателя. В этом случае отсутствует рассогласование в траекториях движения индукторов, что обеспечивает постоянство закона перемещения платодержателя.

Центрирующее средство 7 содержит выполненные в корпусе направляющие 15 в виде канавок, в которых размещены шарики 16. На шарики 16 с помощью идентичных канавок, выполненных в центральной части рычагов, установлены равноплечие рычаги 17. На концах рычагов 17 выполнены углубления 18, в которые вложены шарики 16, причем центры шариков на концах и в середине каждого рычага образуют плоскость, при этом плоскости каждого рычага параллельны друг другу. На шарики, расположенные на конце рычага опирается своими углублениями Г-образная губка 19, на другой конец рычага опирается другая губка. Обе губки противоположными сторонами опираются через шарики на концы второго рычага. Опоры определенным усилием сжимают блок, состоящий из двух рычагов 17 и двух Г-образных губок 19 настолько, что зазоры в шаровых опорах нулевые или отрицательные, что резко увеличивает точность данного устройства.

В корпусе 1 с одной его стороны относительно блока выполнен регулируемый упор 20, а с другой стороны подпружиненный упор 21 (шарик), надавливающий заданным, регулируемым усилием на плечо рычага 17, который, в свою очередь, заставляет губки 19 синхронно смыкаться, что и обеспечивает удержание детали в центре канала.

В Г-образных губках 19 установлены на осях кулачки 22 и подпружинены по краям до упоров. Это обеспечивает им возврат в начальное положение. Гнезда под оси выполнены протяженными к оси канала, что обеспечивает им подвижность, при этом одна из поверхностей кулачков размещена с образованием гнезда для радиоэлемента.

В случае выполнения блока подвижным вдоль оси направляющие канавки корпуса 1 и рычага 17 выполнены протяженными вдоль оси, что позволяет шарикам передвигаться, что при этом блок подпружинен к верху. На толкателе 23 установлен механизм перемещения губок и опережающего их возврата, представляющий стержень 24 с утоненным концом с углублением 25, в которое входит пружинный фикасатор 26 с тарированным усилием, а на корпусе 1 установлен упор 27 возврата стержня 24 в начальное состояние.

С целью уменьшения массы и, как следствие, увеличения скорости, платодержатель выполнен в виде рамки из профилированного материала. Схема электро- и пневмопроводки на фиг. не показаны.

Все механизмы устройства размещены в оптимальном порядке и согласованы с программой.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

После заполнения всех механизмов 4 подачи нужными компонентами 5 и установки платы на платодержатель 8, устройство работает в автоматическом режиме, согласно программе.

На плате в местах установки компонентов предварительно наносят клеевые точки. Они могут быть нанесены на этом же устройстве, если он будет снабжен дозатором.

При необходимости установки компонентов с выводами в плате известным способом изготавливают отверстия под вывода (что может также быть произведено на этом устройстве, если установить на нем сверлильную головку).

Далее плата, согласно программе, перемещается под соответствующий механизм подачи и установки К. а привод 9 стыкуется с этим механизмом установки К.

К. поступает в гнездо, образованное одной из поверхностей кулачков 22 центрирующего устройства 7 с торца и с боков, стенкой канала и телом кулачков. Привод перемещает толкатель, толкатель давит на К. лежащий свободно на кулачках 22, которые начинают поворачиваться вниз, мягко опуская К. на скосы, смыкающихся до несколько меньшего заданного размера губок 19. Смыкание губок 19 обеспечивается силовым элементом, который, поворачиваясь под действием пружины, давит на губки 19. Постепенно губки 19 несколько раздвигаются (обычно чуть больше допуска, вызванного неточностью изготовления детали) и К. движется под действием толкателя 23, при этом в канале К. удерживается силами трения со стороны губок 19. По мере продвижения К. канал жестко сохраняет размеры конкретной детали, что увеличивает точность установки детали в заданное место. При этом расстояние от нижней части губок до платы, как правило, несколько больше толщины детали. Деталь устанавливают на клеевую точку или паяльную пасту. Затем толкатель отводится либо приводом, либо возвратной пружиной, или другими известными способами. После возврата толкателя в начальное положение, на рабочую позицию поступает новая деталь и цикл повторяется.

В случае использования механизма продвижения и опережающего возврата губок устройство работает следующим образом. По-прежнему К. попадает в гнездо. Подпружиненный толкатель 23 проталкивает деталь по каналу вниз, но раньше, чем деталь выйдет из канала, стержень 27 механизма опережающего возврата губок относительно толкателя 19 упрется в рычаг 17 или губку 19 и продвинет блок губок вниз до заданного расстояния от платы или до самой платы. Только после этого деталь коснется платы, при этом она будет фиксирована с боков губками. Толкатель еще несколько продвинется вниз и сработает защелка, и губки отойдут в начальное положение. Только затем толкатель вернется в исходное положение. Далее цикл повторяется.

Затем, по программе, платодержатель переносит плату в новое положение, при этом одновременно поворачиваясь на заданный угол, что позволяет установить компонент с заданным углом. В это же новое положение перемещается и привод 9, который стыкуется с соответствующим механизмом 6 установки К.

Таким образом, устройство обеспечивает монтаж необходимого числа компонентов.

По окончании цикла платодержатель занимает первоначальное положение, где плату с установленными К. снимают с платодержателя, на его место устанавливают новую. Загрузка и разгрузка плат может выполняться вручную или автоматически.

Технический эффект заявленного решения заключается в упрощении конструкции за счет обоснованной компановки модуля из конструктивно простых, дешевых и эффективных, известных узлов, таких, как стол и индукторы шагового плоского двигателя, а также специально разработанного подвижного в плоскости стола простого привода способного обслужить все установочные механизмы, что значительно упрощает исполнение автоматики. Наконец, крепление платодержателя на индукторах шарнирно с возможностью его поворота, позволило установочные механизмы, а их много, выполнить наиболее просто, а долговечность службы платодержателя становится безграничной (нет износа подвижных частей все движется на воздушной подушке).

Кроме того, технический эффект заявленного решения заключается в повышении точности размещения на плате электронных компонентов за счет жесткого расположения центрирующего средства и установочных механизмов, а также в упрощении программы (плата последовательно перемещается от одного устройства установки к другому, при необходимости поворачиваясь).

Изобретение относится к технологии радиоэлектронной аппаратуры, в частности, к сборке печатных плат, и может быть использовано в приборостроении, производстве вычислительной техники и т.д. Сущность изобретения, механизм подачи 4, механизм установки 6 компонентов 5, центрирующее средство 7 закреплены на корпусе 1, привод механизма установки выполнен с возможностью перемещения в плоскости параллельной плоскости стола 2. Механизм перемещения платодержателя 8 выполнен в виде плоского шагового двигателя, на индукторах 3 которого шарнирно установлен платодержатель. Шарниры 13 и 14 выполнены сферическими. Платодержатель может быть снабжен, по крайней мере, одной пневмоопорой 13. 9 з.п. ф-лы, 12 ил.

1. Устройство для монтажа электронных компонентов на плату, содержащее корпус, установленные на корпусе согласно технологическому процессу механизм подачи, стол с позицией загрузки, механизм установки с приводом, центрирующее средство, платодержатель, размещенный на механизме его перемещения, и блок управления, отличающееся тем, что, с целью упрощения конструкции, механизм установки и центрирующее средство закреплены на корпусе, привод механизма установки и платодержатель выполнены с возможностью перемещения параллельно плоскости стола, а центрирующее средство выполнено в виде размещенного в корпусе с возможностью возвратно-поступательного перемещения толкателя, кулачков, установленных на корпусе с возможностью поворота относительно своей оси, одна из поверхностей которых размещена с возможностью образования гнезда для радиоэлемента, и силового элемента, установленного с возможностью осевого перемещения, выполненного в виде равноплечих подпружиненных рычагов, установленных с возможностью ограниченного поворота относительно оси, с направляющими Г-образными губками, установленными между равноплечими рычагами посредством шаровых опор зеркально одна относительно другой с шариковыми направляющими для размещения центральной части каждого равноплечего рычага силового элемента с шаровыми опорами для каждого из его концов, а плоскости размещения центров шариков направляющих каждой центральной части и опор для концов равноплечего рычага параллельны одна другой. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью компенсации неплоскостности стола и повышения устойчивости движения платодержателя, опоры размещены по углам платодержателя. 3. Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что, с целью повышения устойчивости движения платодержателя, опоры выполнены сферическими. 4. Устройство по пп. 1 3, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности, платодержатель выполнен из материала с температурным коэффициентом линейного расширения, равным температурному коэффициенту линейного расширения материала стола шагового двигателя. 5. Устройство по пп. 1 4, отличающееся тем, что толкатель центрирующего средства выполнен подпружиненным. 6. Устройство по пп. 1 5, отличающееся тем, что направляющие центральной части равноплечих рычагов центрирующего средства выполнены цилиндрическими. 7. Устройство по пп. 1 6, отличающееся тем, что кулачки центрирующего средства установлены с возможностью перемещения в плоскости, перпендикулярной оси толкателя. 8. Устройство по пп. 1 7, отличающееся тем, что толкатель снабжен жестко закрепленным на нем механизмом перемещения губок со средством опережения их возврата относительно толкателя. 9. Устройство по пп. 1 8, отличающееся тем, что механизм перемещения губок со средством опережения их возврата выполнен в виде стержня с канавкой, установленного с возможностью возвратно-поступательного перемещения, и подпружиненного фиксатора, установленного с возможностью размещения в канавке стержня. 10. Устройство по пп. 1 9, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительной парой губок и силовых рычагов, установленных перпендикулярно основным.